高嶺土的綜合利用現(xiàn)狀及工藝進(jìn)展

刁潤(rùn)麗++王艷曉

摘 要：高嶺土是一種重要的非金屬礦產(chǎn)資源，具有很多優(yōu)良的性能。純凈的高嶺土具有白度高、質(zhì)軟、易分散懸浮于水中、良好的可塑性、高的粘結(jié)性、優(yōu)良的電絕緣性和耐火性等物理化學(xué)性質(zhì)，用途非常廣泛。簡(jiǎn)述了高嶺土在造紙、陶瓷、耐火材料和涂料等行業(yè)的綜合利用現(xiàn)狀，論述了高嶺土的工藝進(jìn)展，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

關(guān)健詞：高嶺土；綜合利用；工藝進(jìn)展

1 引言

我國(guó)是世界上最早發(fā)現(xiàn)和利用高嶺土的國(guó)家，我國(guó)高嶺土類型齊全、儲(chǔ)量豐富，礦床可分為五種：熱液蝕變型、風(fēng)化殘余型、風(fēng)化淋積型、河湖海灣沉積型和含煤建造沉積型[1～2]。目前，我國(guó)對(duì)高嶺土的研究以對(duì)其性質(zhì)的深層次認(rèn)識(shí)為主，并不斷拓寬其在更多領(lǐng)域中的應(yīng)用。從80年代開始，我國(guó)高嶺土產(chǎn)品由粗加工向精加工、由普通產(chǎn)品向新科技產(chǎn)品發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓寬。

2 高嶺土的性質(zhì)

高嶺土是一種非常重要的黏土礦物，因最早發(fā)現(xiàn)于江西景德鎮(zhèn)高嶺村而得名。高嶺土類礦物的主要礦物成分是高嶺石，它們主要由地開石、高嶺石、埃洛石、珍珠石等高嶺石簇礦物組成[3]。純凈的高嶺土呈白色或淺灰色，含雜質(zhì)時(shí)則帶有灰、黃、褐等色。原礦呈松散的土塊狀或致密巖塊狀。高嶺土的密度為2.54 ～ 2.60 g/cm3，熔點(diǎn)約1785℃，具有良好的可塑性、耐火性和化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)[4-6]。

高嶺土的晶體化學(xué)式為2SiO2·Al2O3·2H2O，其理論化學(xué)組成為SiO2含量46.54%，Al2O3含量39.5%，H2O含量13.96%。除此以外，還含有少量的CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2、MnO2、Fe2O3、P2O5等氧化物。高嶺土中高嶺石所占的比例越高，表明其化學(xué)組成越接近高嶺石的理論成分[7]。

3 高嶺土的綜合利用現(xiàn)狀

3.1 造紙工業(yè)

高嶺土在造紙工業(yè)中的用量遠(yuǎn)超其他行業(yè)。高嶺石粘土的粒度小，剝離后具有良好的鱗片和片狀形態(tài)，片徑與厚度比例大，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，所以被用作造紙?zhí)盍虾图垙埻繉右蕴岣呒垙埖墓鉂啥?、充填紙張纖維之間的空隙、提高不透明度等。用作填料，在改善紙張性能的同時(shí)還可以降低成本；用作涂布料，則可以改善紙張對(duì)油墨的滲透性、包容性以及紙張的外觀。在造紙中對(duì)高嶺石的主要要求是粒度及雜質(zhì)含量，要求粒度小于2 μm，白度大于86%。

3.2 陶瓷工業(yè)

高嶺土在陶瓷工業(yè)中應(yīng)用的時(shí)間早，量也大，通?？梢哉嫉?0 ～ 30%。高嶺土可以使陶瓷中Al2O3的含量增加，莫來石的生成過程更容易，從而提高陶瓷的燒結(jié)強(qiáng)度和穩(wěn)定性[8]。燒成陶瓷時(shí)，高嶺土分解莫來石是形成坯體框架的過程，此過程使陶瓷坯體不容易走樣變性，同時(shí)使燒成溫度范圍變寬，并且提高陶瓷的白度。同時(shí)，高嶺土自身具有的可塑性、粘結(jié)性、懸浮性、結(jié)合性等特性，使瓷泥瓷釉的成形性得到改善， 更利于車坯、注漿、陶瓷成形等加工過程。

3.3 耐火材料工業(yè)

高嶺土具有良好的耐火性，常用來生產(chǎn)耐火材料，其制品能在高溫下承受負(fù)荷而不變形。以高嶺石為主要成分的高嶺土，以及膨潤(rùn)土和鋁土礦等，據(jù)其耐高溫的用途，統(tǒng)稱為耐火粘土。某些帶色的高嶺土，不能用于陶瓷和造紙，卻是耐火材料的好原料。高嶺土用作耐火材料制品主要有兩類：耐火磚、硅鋁棉。前者耐火度不低于1730℃，可據(jù)需要制成各種尺寸與形狀的耐火磚。后者是一種輕質(zhì)耐火保溫材料，是高嶺土在1000 ～ 1100℃焙燒，再用2000℃電弧爐將礦石熔融，在高速氣流下吹制成棉。

3.4 涂料工業(yè)

高嶺土由于其色白、價(jià)廉、流動(dòng)性好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、表面陽(yáng)離子交換量大，很早就被用作涂料和油漆的填料。高嶺土可以用于改善涂料的涂刷性、涂料體系儲(chǔ)存穩(wěn)定性、涂層的抗吸潮性及抗沖擊性等機(jī)械性能、顏料的抗浮色和發(fā)花性等[9]。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)涂料的性能和耐久性等方面的要求日益嚴(yán)格，如要求制備低VOC、高固體涂料、更薄和無疵平滑、光亮的涂膜，此時(shí)，需要采用高嶺土作添加劑。高嶺土幾乎可以適應(yīng)所有的涂料體系，從底漆到面漆，所有的固體成分、涂膜的厚度以及光澤。

3.5橡膠工業(yè)

高嶺土填充到橡膠的膠體混合物中，可以增強(qiáng)橡膠的化學(xué)穩(wěn)定性、耐磨性和機(jī)械強(qiáng)度，延長(zhǎng)硬化時(shí)間，還可以改善橡膠的流變性、混煉性、硫化性，提高未硫化制品的粘稠度，防止其凹陷、塌軟、下垂、變形、扁管等。高嶺土橡膠制品的防水性、通透性、防火抗燃性、化學(xué)活性等特性也得到了極大的改善。同時(shí)，高嶺土在橡膠中還可以作為填料，在不影響橡膠性能的同時(shí)可以大幅降低成本。

3.6 電纜工業(yè)

生產(chǎn)高絕緣性能電纜需要超量加入電性能改良劑。高嶺土作為惟一能制成電性能改良劑的產(chǎn)品，前景自然看好。在要求電絕緣性能較高的塑料電纜及絕緣材料中，需添加改性煅燒高嶺土。高嶺土經(jīng)適當(dāng)溫度煅燒后有極高的電阻率，不同煅燒溫度的高嶺土空隙率不一樣，空隙對(duì)電纜材料中一些較活潑的有害成份有一定的吸附作用，能提高電纜絕緣性；煅燒高嶺土再經(jīng)表面改性，可以提高其在高分子材料中的分散性，增強(qiáng)制品的性能，可在有機(jī)高分子材料-改性劑-煅燒高嶺土之間產(chǎn)生良好的結(jié)合界面，使煅燒高嶺土在電纜中能均勻分散，起到更好的橋梁作用[10]。

3.7 化妝品、醫(yī)藥行業(yè)

高嶺土在化妝品中可作為添加劑，能夠增強(qiáng)吸油和吸水性，增強(qiáng)化妝品和皮膚的親著力，以改善潤(rùn)膚機(jī)能[11]。高嶺土在醫(yī)藥領(lǐng)域，可用作載體和藥劑成片的助劑。目前，此方面高嶺土的用量還很小，有待今后更進(jìn)一步研究。

4 高嶺土的工藝進(jìn)展

4.1 高嶺石有機(jī)插層材料

插層法一般是由有機(jī)物分子或?qū)訝罹酆衔锊迦雽訝顭o機(jī)物中制備出插層復(fù)合材料。由此法制得的復(fù)合材料，其力學(xué)性能得到改善，同時(shí)還獲得了其它新的功能特性。

高嶺土在結(jié)構(gòu)上是具有特殊層狀的含水鋁硅酸黏土礦物，它的主要礦物組成為八面體層狀硅酸鹽，層間以氫鍵結(jié)合，不含可交換陽(yáng)離子；層與層之間具有較強(qiáng)的結(jié)合力，很難與有機(jī)化合物發(fā)生插層反應(yīng)[12]。但是一些強(qiáng)極性的有機(jī)小分子，可以直接插入到高嶺石層間，其它有機(jī)分子利用有機(jī)小分子與高嶺石也可形成夾層復(fù)合物作為前驅(qū)體，用取代置換法插入到高嶺石層間生成插層材料。

4.2催化裂化催化劑

在石油化工方面，隨著世界原油的重質(zhì)化和劣質(zhì)化，在催化裂化過程中， 摻煉重油、渣油已成為煉油廠普遍采用的加工方式。由于重油中含較多的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和重金屬，這就要求催化劑具有較高的基質(zhì)活性、較強(qiáng)的抗重金屬污染能力、較好的催化活性和選擇性。在催化劑中，高嶺土一直只作為惰性載體，不參與裂化反應(yīng)。現(xiàn)階段的研究發(fā)現(xiàn)高嶺土經(jīng)過改性可具有一定的孔結(jié)構(gòu)和裂化性能，可增強(qiáng)基質(zhì)活性，使重油分子在基質(zhì)上面得到初步裂解。

FCC催化劑中，高嶺土充當(dāng)一定量的基質(zhì)可以使催化劑更加穩(wěn)定，并確保負(fù)載活性部分與重油分子的預(yù)裂化。高嶺土具有較高的酸催化活性和水熱穩(wěn)定性，同時(shí)其表面的弱酸性對(duì)重油分子產(chǎn)生很強(qiáng)的裂化作用。加之高嶺土品質(zhì)優(yōu)良、價(jià)格低廉，使其在 FCC 催化劑的研究開發(fā)過程中受到青睞。

4.3 制備納米材料

納米材料由于尺寸特殊而具有許多奇特性能，如能屏蔽紫外線、電磁波，用于軍事、通信、電腦等行業(yè)；在飲水機(jī)、冰箱生產(chǎn)過程中添加納米黏土，具有抗菌、消毒作用；在陶瓷制作中添加納米黏土，使陶瓷強(qiáng)度提高50倍，可用來制造發(fā)動(dòng)機(jī)零件[13]。添加納米材料的塑料，密度低、耐熱性好、強(qiáng)度高，特別是耐磨性有大幅度提高，且具有阻燃自熄滅性，可以用來制作管材、汽車機(jī)械零件、啤酒和肉類制品包裝材料等。未來，由高嶺土是否可以開發(fā)出功能更多，性能更優(yōu)的納米材料，是尤其值得關(guān)注的課題。

4.4 合成沸石分子篩

高嶺土的主要化學(xué)成分是硅和鋁，可作為硅鋁源，用于合成沸石分子篩的過程。其中，高嶺土微球原位晶化后可用作催化劑，并進(jìn)一步制成具有特殊性能的Y 型沸石。利用高嶺土合成的沸石分子篩，包括催化劑在內(nèi)，比凝膠法更有優(yōu)勢(shì)。其合成的沸石顆粒大小、活性、抗重金屬性、水熱穩(wěn)定性等特性均得到很大的改善。同時(shí)高嶺土價(jià)廉易得、合成過程成本低，使其在學(xué)術(shù)研究和工業(yè)生產(chǎn)上都受到人們的廣泛關(guān)注。

5 展望

高嶺土工業(yè)是非金屬礦的一個(gè)重要細(xì)分行業(yè)，應(yīng)在未來的發(fā)展過程逐步開發(fā)新產(chǎn)品，提高產(chǎn)品的檔次和技術(shù)含量，從傳統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域向高科技、新技術(shù)、高效益領(lǐng)域轉(zhuǎn)變。生產(chǎn)與資源和環(huán)境相適應(yīng)的非金屬礦產(chǎn)品，同時(shí)提高產(chǎn)品的質(zhì)量，并與機(jī)械化學(xué)、機(jī)械電化學(xué)、超微細(xì)加工、界面化學(xué)、摻雜改性等過程的理論研究相結(jié)合，推動(dòng)高嶺土理論研究的更進(jìn)一步發(fā)展。

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